Die BSPG beherbergt eine umfangreiche Sammlung von fossilen Fischen, Amphibien und Reptilien (inklusive der Vögel), die, trotz beklagenswerter Verluste während des zweiten Weltkrieges, zahlreiche historische Typus- und Belegexemplare enthält. Besonders erwähnenswert sind hier sicherlich Typusexemplare bedeutender Paläontologen des 19. Jahrhunderts, unter anderen Georg Graf zu Münster (1776-1844), Andreas Wagner (1797-1861), Hermann von Meyer (1801-1869), und Louis Agassiz (1807-1873).

Aufgrund der bewegten Geschichte der Institution und ihrer Wissenschaftler ist die Sammlung der „niederen Wirbeltiere“ der BSPG sehr vielseitig. Sammlungsschwerpunkte sind neben den fossilen Fischen und Reptilien der oberjurassischen Plattenkalke Bayerns auch die Fische, Amphibien und Reptilien (inklusive der Vögel) der bayerischen Molasse. Weitere wichtige Sammlungsteile sind die Synapsiden aus dem Perm und der Trias des Karoo-Beckens Südafrikas, die Archosauriformen aus der Santa-Maria-Sequenz des südlichen Brasilien, sowie die triassischen Dinosaurierreste aus der Grabung bei Ellingen in Bayern. Besonders bemerkenswerte Einzelobjekte der Sammlung sind unter anderem der erste wissenschaftlich beschriebene Flugsaurier (Pterodactylus; von Cosimo Alessandro Collini 1784 erstmals beschrieben), die Gegenplatte der Original-Feder des Urvogels Archaeopteryx, der kleine Raubdinosaurier Compsognathus, sowie Exemplare der Urvögel Archaeopteryx und Alcmonavis. Alle diese Fossilien stammen aus den oberjurassischen Plattenkalken des Altmühltales, was die internationale Bedeutung dieser Fundstelle unterstreicht.

Das Archiv der Sektion Fossile Säugetiere der BSPG umfasst Gebiss- und Skelettreste von ausgestorbenen Säugetieren und deren nächsten fossilen Verwandten (Synapsida). Die Fundstellenschwerpunkte liegen in Südbayern in den Süßwassersedimenten des nördlichen Vorlandbeckens der Alpen (Molassebecken) und in den Spalten der verkarsteten Fränkischen Alb. Zeitliche Schwerpunkte sind Oligozän und Miozän. Aus eigenen Aufsammlungen, Schenkungen, Ankäufen und Tausch stammen außerdem mehr oder weniger umfangreiche Bestände aus allen Kontinenten mit Ausnahme der Antarktis. Besonders hervorzuheben sind aufgrund des Umfangs oder der wissenschaftshistorischen Bedeutung Griechenland, Türkei, Pakistan, China, Ägypten, Namibia, Tansania, Südafrika, Australien. Die Zahl der Inventareinheiten liegt bei circa einer Million.